Согласованное управление реверсивным тиристорным преобразователем

При согласованном управлении отпирающие импульсы подаются одновременно на тири­сторы обеих групп 1VS и 2VS. При этом один из комплектов (например, 1VS) работает в выпрямительном, а второй (2VS) – в инверторном режимах.

Рассмотрим работу ре­версивного выпрямителя, питающего якорь машины постоянного тока, на примере схемы, изображенной на рис. 8.2. В дальнейшем для удобства при рассмотрении ин­верторного режима будем использовать не угол β, а угол запаздывания α > π/2. Углы управления тиристорами групп 1VS и 2VS обозначим соответственно α1 и α2. Перед пуском двигателя устанавливаются α1 = α2 = π/2. Для пуска двигателя необходимо уменьшить α1, и, тем самым, перевести 1VS в выпрямительный режим. Направление тока якоря (Iя) при работе машины в двигательном режиме показано (см. рис. 8.2) сплош­ными стрелками. Двигатель будет разгоняться до скорости, определяемой установлен­ным углом α1.

В то же время угол α2 тиристорной группы 2VS должен возрастать, переводя ее в инверторный режим. Причем значение α2 должно быть таким, чтобы среднее напряже­ние на выходе группы 2VS было больше ЭДС двигателя. Это обусловливает запира­ние группы 2VS, и двигатель разгоняется. В установившемся режиме двигатель полу­чает питание от 1VS, а группа 2VS имеет α > π/2 и подготовлена к работе в качестве инвертора.

Для получения тормозного режима с рекуперацией энергии в сеть необходимо увеличить угол α1. При этом напряжение на выходе 1VS снизится и станет меньше ЭДС двигателя, в результате чего группа тиристоров 1VS запирается, как видно из формулы (44) при Uг = Ud1V. В то же время угол α2 необходимо уменьшить (увеличить β) для того, чтобы снизить ве­личину среднего напряжения Ud1V группы 2VS, работающей в инверторном режиме. ЭДС двигателя становится больше напряжения  U21V и начинается рекуперативное тор­можение двигателя с отдачей энергии в сеть через преобразователь 2VS. Направление тока якоря (Iя) для данного случая показано (см. рис. 8.2) штриховой линией. Для полу­че­ния инверторного режима в схеме отпадает необходимость переключения ЭДС дви­гателя, так как показанное соединение групп 1VS и 2VS уже обеспечивает необхо­ди­мую для инвертирования полярность ЭДС двигателя.

В процессе снижения скорости угол α1 группы 1VS нужно увеличивать, так как в противном случае при уменьшении скорости ЭДС двигателя может оказаться ниже напряжения Ud1V, и двигатель начнет потреблять энергию от 1VS, переходя в двига­тельный режим. Для сохранения постоянства тока якоря и момента при торможении двигателя следует также непрерывно уменьшать угол α2 с тем, чтобы Eдв –  Ud2V = const.

Если к валу двигателя приложено внешнее воздействие, приводящее к возрас­танию скорости двигателя, рекуперативный режим в схеме рис. 8.2 обеспечивается так же, как в системе Г – Д, автоматически, при постоянном значении углов α1 и α2, без до­полнительных переключений. В этом случае группа 1VS запирается, а 2VS работает в инверторном режиме.

Если после остановки двигателя не прекратить изменения углов α1 и α2 в указан­ных направлениях, произойдет изменение направления вращения. При этом α2 стано­вится меньше π/2, и группа 2VS переводится в выпрямительный режим. Как следует из рисунка 8.2, полярность напряжения на двигателе изменяется.

При дальнейшем возрастании α1 величина его начинает превышать π/2, и группа 1VS подготавливается для работы в инверторном режиме. Изменение углов α1, α2 про­должается до достижения установившейся скорости. Торможение и реверсирование будут происходить с заданным темпом замедления скорости и последующим её увеличением с заданной интенсивностью. При этом торможение и реверсирование целесооб

разно производить с постоянным замедлением и постоянным ускорением, т.е. без рывков, обеспечивая комфортность для пассажиров и увеличивая срок службы промышленных машин и механизмов.

При работе с двумя комплектами тиристоров между работающими группами возможно появление уравнительного тока, величина которого зависит от соотношения между углами α и β. При равенстве средни
х значений напряжений групп Ud1V = Ud2V  уравнительные токи возникают из-за различия их мгновенных значений. Индуктивно­сти уравнительных реакторов L1, L2 (рис. 8.2) рассчитывают так, чтобы уравнительный ток был начально-непрерывным.

При неравенстве средних значений напряжений Ud1V  и Ud2V между работаю­щими группами возникает непрерывный уравнительный ток, который не ограничива­ется уравнительными реакторами. Чтобы избежать его появления, необходимо устано­вить величину среднего напряжения инвертора равной или большей величины среднего значения напряжения выпрямителя, т.е. необходимо, чтобы α  β. Кроме того, соотношение углов α1 и α2 (β) значительно влияет на вид внешних характеристик реверсивного преобразо­вателя. Существует два способа согласования углов управления обоими комплектами тиристоров: линейное и нелинейное.

При линейном согласовании исходят из равенства нулю среднего значения на­пряжения на уравнительном реакторе Ud1V = Ud2V. Указанное условие при нулевом зна­чении среднего тока нагрузки (Iяд = Iяи = 0) записывается так:

,                                                   (8.1)

где ε =ΔUв1/Edм – относительное падение напряжения на тиристоре.

При ε = 0 формула (8.1) превращается в линейную зависимость:

α1 + α2 = π                                                           (8.2)

где α2 = π – β.

Внешние характеристики при линейном согласовании (8.2) углов управления

групп 1VS и 2VS изображены на рис. 8.4, а.

Линейность характеристик объясняется тем, что уравнительные токи создают для преобразователя режим непрерывного тока при любых углах отпирания тиристоров независимо от параметров нагрузки. В то же время уравни­тель­ный ток не должен быть непрерывным (предельный случай – начально-непрерыв­ный ток), так как он не может быть ограничен дросселями L1, L2 (см. рис. 8.2). При ли­ней­ном согласовании регулировочные характеристики преобразователя являются также линейными.

Существенное снижение уравнительных токов достигается при нелинейном со­гласовании углов α1 и α2, при котором ЭДС инверторной группы больше ЭДС группы, работающей в выпрямительном режиме. В этом случае соотношение между углами управления описывается формулой:

.                                                    (8.3)

При нелинейном согласовании значительно уменьшается индуктивность урав­нительных реакторов, а следовательно, их габариты и масса, но нарушается линей­ность скоростных (внешних) характеристик (рис. 8.4, б).

В переходных режимах из-за различного быстродействия системы управления выпрямителем и инвертором (при уменьшении и увеличении углов управления), а также из-за неполной управляемости тиристоров соотношения (8.2) и (8.3) нарушаются. Вследствие этого в реверсивном контуре возникает постоянная составляющая динами­ческого уравнительного тока, которая может превышать его значение в статическом режиме в 15 – 20 раз. Предотвратить появление динамического тока, вызываемого раз­личием в быстродействии систем управления, можно либо получив полностью иден­тичные динамические характеристики систем, либо применив автоматический регуля­тор уравнительного тока, корректирующего сигналы управления группами 1VS и 2VS так, чтобы поддерживать уравнительный ток на заданном уровне в установившемся и переходных режимах.

Достоинствами реверсивных преобразователей с совместным управлением яв­ляются:

1) непрерывность внешних характеристик;

2) отсутствие необходимости переключе­нии в силовой цепи;

3) высокое быстродействие при переходе из выпрямительного в ин­верторный режим и обратно;

4) отсутствие зоны прерывистых токов.

Основным принци­пиальным недостатком совместного управления является необходимость использова­ния уравнительных дросселей, имеющих большую массу и габариты. Для сокращения габаритов и массы реакторов иногда допускают увеличение уравнительного тока до 30 % от Iян, однако это приводит к значительной дополнительной нагрузке тиристоров и
снижает их перегрузочную способность. В связи с этим системы с совместным управ­лением целесообразно использовать для управления машинами малой и средней мощ­ности, когда габариты уравнительных дросселей не очень велики, а применение более сложных схем с автоматическими регуляторами экономически не оправдано.

Радикальным способом полного устранения уравнительных токов и исключения из схемы уравнительных реакторов является применение метода раздельного управле­ния выпрямительной и инверторной группами.